[发明专利]一种层流分层结构模式下的海底声散射FEM分析方法

说明书

本发明公开的一种基于层流分层结构模式下的海底声散射FEM分析方法，涉及到一种基于FEM数值模拟的分层海水结构海底声散射分析方法，属于海洋声学领域。本发明包含如下步骤：步骤一：基于建立海洋声场环境几何模型，插入海底断面并预设介质参数，构造海底弹性介质；步骤二：建立海水分层模型，在无限大海域内设置高斯入射波声源参数及位置信息；步骤三：对海洋声环境及海底底质进行频域下声传播数值模拟，得到海水声传播特征，传播损失及压力场情况。本发明提供一种基于层流分层结构模式下的声散射FEM分析方法，可以方便地获得海水内部声传播特性及图像，直观地观察海洋中的声传播情况，以最优海水分层模式还原海洋环境场。

技术领域

本发明涉及一种层流分层结构模式下的海底声散射FEM分析方法，特别涉及一种基于FEM数值模拟的分层海水结构海底声散射分析方法。

背景技术

声波是海洋中唯一能有效地进行远距离信息传递的载体，光波、电磁波在海水中存在极大的衰减系数。所有的水下活动都离不开声学，近年来对海洋声散射特性的研究也不断深入。水中的目标散射的相关问题对目标探测和识别以及声场环境分析起着重要作用，也越来越受人们的重视。

声波在海洋中的传播受到声场要素的影响，真实的海洋环境瞬息万变，海水的理化性质变化会对声传播产生较大影响，故模拟真实环境的海洋声场具有重要意义。通过实验分析将海水结构依据温度分层模式划分，导出并还原海洋声速场，进而观察研究分层模式下的海底声散射特性。

发明内容

本发明提出一种基于FEM数值模拟的分层海水结构海底声散射分析方法，该方法可以方便的观察到海底声散射特性的模拟结果，

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：一种层流分层结构模式下的海底声散射分析方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，基于建立海洋声场环境几何模型，插入海底断面并预设介质参数，构造海底弹性介质；

步骤二，建立海水分层模型，在无限大海域内设置高斯入射波声源参数及位置信息；

步骤三，对海洋声环境及海底底质进行频域下声传播数值模拟，得到海水声传播特征，传播损失及压力场情况。

本发明进一步限定的技术方案是：

所述步骤一中，基于建立海洋声场环境二维几何模型，插入海底断面，再输入海底弹性介质的物理参数。

所述步骤二中，将计算域分为海水域与泥沙底质域，其中海水域设置为压力声学频域物理场，底质域设置为多孔弹性波频域物理场。在海水域中构建等温分层，并在底质上方海水域设置点声源发射高斯入射波。计算域四周以完美匹配层包裹，以避免声波在边界的反射散射现象。构建网格，建立海底沉积物分层FEM模型。

所述步骤三中，控制声源频率和入射角度进行参数化扫描并进行对照实验，以观察不同频率下的声传播情况。

本发明的有益效果：本发明通过建立海水分层几何模型，对海底底质进行频域下的声散射数值模拟，获得海洋内部声散射特性及传播图像，据此实验对比观察海底的声传播情况，具有方便，准确，高效等特点。

附图说明

图1为本发明的层流分层结构模式下的海底声散射FEM分析方法实现流程图；

图2为基于分层模型建立的海洋声场二维FEM模型示意图；

图3为不同分层模式下声速分布图；

图4为不同分层方法下海洋声传播的传播损失分布图；

图5为不同分层方法下海洋声散射的压力场分布图；

图6为固定频率下海洋声散射压力场随不同入射角的分布变化。

具体实施方式